[发明专利]一种基于三维环流电感的集成片上变压器

说明书

本发明涉及一种基于三维环流电感的集成片上变压器，包括自上而下依次设置的第一金属层、第二金属层、衬底层、第三金属层以及第四金属层，其中，第一金属层包括第一金属框以及设置在第一金属框内的若干第一连接件；第二金属层包括第二金属框以及设置在第二金属框内的若干第二连接件；衬底层中设置有若干玻璃通孔结构，若干玻璃通孔结构排列成m*n的阵列结构，其中，m≥2，n≥2；第三金属层包括若干第三连接件；第四金属层包括若干第四连接件；若干玻璃通孔结构通过若干第一连接件、若干第二连接件、若干第三连接件以及若干第四连接件依次首尾连接，形成三维环流结构。本发明的片上变压器的集成度高、Q值性能好、耦合度高。

技术领域

本发明属于射频/微波集成电路中无源器件技术领域，具体涉及一种基于三维环流电感的集成片上变压器。

背景技术

随着人们对电子信息系统的高宽带、高速率、小型化需求，无线通信频谱将扩展到毫米波段、亚毫米波段和太赫兹波段，而系统中重要的毫米波集成电路就成了必不可少的核心芯片。日益先进的微纳电子技术使集成电路工艺技术进入了纳米时代，对于毫米波频段以上的集成电路层出不穷，为了满足高速吉比特、大带宽的通信系统、智能交通系统、汽车防撞系统以及反恐安检系统的应用，毫米波集成电路的需求越来越大。随着工艺成本和设计、测试成本的降低，毫米波集成电路及其系统应用已经成为军民两用领域不可缺少的先进技术之一。

片上变压器作为一种重要的无源器件，被广泛应用于毫米波集成电路设计中。片上变压器通常应用在倍频器、功率放大器、混频器低噪声放大器和压控振荡器等模块电路中，以实现单端信号到差分信号的转换、级间阻抗匹配、功率合成、直流隔离、低噪反馈、交流耦合及带宽扩展等功能。此外，使用变压器替代传输线、电感等，会在很大程度上减小芯片面积，降低成本。

目前，单片变压器大多采用基于交错布局的平面方式建造。然而，平面几何结构中衬底磁损耗及欧姆损耗较大，并且平面变压器占用芯片面积过大，很难实现降低系统重量。随着人们对高速无线移动通信和高性能芯片的需求日益增长，变压器小体积化、轻重量化发展十分迫切。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于三维环流电感的集成片上变压器。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种基于三维环流电感的集成片上变压器包括自上而下依次设置的第一金属层、第二金属层、衬底层、第三金属层以及第四金属层，其中，

所述第一金属层包括第一金属框以及设置在所述第一金属框内的若干第一连接件；

所述第二金属层包括第二金属框以及设置在所述第二金属框内的若干第二连接件；

所述衬底层中设置有若干玻璃通孔结构，若干所述玻璃通孔结构排列成m*n的阵列结构，其中，m≥2，n≥2；

所述第三金属层包括若干第三连接件；

所述第四金属层包括若干第四连接件；

所述若干玻璃通孔结构通过所述若干第一连接件、所述若干第二连接件、所述若干第三连接件以及所述若干第四连接件依次首尾连接，形成三维环流结构。

在本发明的一个实施例中，所述玻璃通孔结构的个数为偶数。

在本发明的一个实施例中，每个所述玻璃通孔结构沿径向方向从外向内依次包括外层金属环、中间介质环和内层金属柱。

在本发明的一个实施例中，所述若干第一连接件分别连接相应所述玻璃通孔结构的内层金属柱的上端；所述若干第四连接件分别连接相应所述玻璃通孔结构的内层金属柱的下端，以形成内部三维环流结构。

在本发明的一个实施例中，所述内部三维环流结构的第一端作为所述内部三维环流结构的馈电端，所述内部三维环流结构的第二端连接所述第一金属框。